永久性缺陷会阻碍电荷离域和相关器件性能，然而形成无缺陷的二维纳米晶体（NC）超结构仍然是一个挑战。了解缺陷的形成是开发降低其形成策略的重要一步。然而，由于在制造过程中发生的超晶格相变是一个复杂过程，并且在最终结构中存在多种因素影响其无序，因此很难确定缺陷形成的具体机制。
近日，美国约翰霍普金斯大学Paulette Clancy报道了使用分子动力学（MD）和电子显微镜相结合的方法来研究硫化物铅（PbX，其中X=S，Se）NC组件外延附着的成核过程。
文章要点
1）MD模拟表明，通过形成中间的2D正方形超结构，正方形组装倾向于形成具有高度平移和取向有序性的超晶格。对于六方组装体，MD模拟演示了超晶格结构的转变是如何通过由近端{100}面连接的NC二聚体的形成来进行。然后，转换通过连接到单个NC或其他二聚体的二聚体来传播，以形成更大的结构，从而形成方形结构域。
2）通过减缓配体的脱附和随后的定向附着，从实验上证实了这些“低聚物”的存在。随着转变的持续，二聚体、三聚体和更大的连通磁畴失去了旋转的自由，导致残留的未对准以及该附着机制固有的最终超晶格中缺少桥连。具有代表理想正方形和六边形构型的初始平移结构且原子晶格沿<11n>AL方向排列的组装导致相似数量的最近邻平面内取向发生错位。而没有原子晶格沿<11n>AL方向排列的纯六角组态显示出较大的最近邻面内取向错位。
3）在微倾斜的NCs中，以面外失调的形式引入无序导致缺陷超晶格的形成。对于正方形和六边形结构，初始离面角分别约为20°和10°的组件导致了相似的残余错位分布，揭示了最终结构对取向无序的相对鲁棒性。在更极端的平面外倾斜的情况下，观察到附着发生在罕见的{110}面，导致完全无序的结构。原子晶格沿<11n>AL||<11>SL排列的六元组态导致超晶格缺少外延连接。
4）研究结果表明，错位是二聚体形成导致定向附着成核的固有原因。这有助于了解超晶格域内缺陷的形成，包括不存在由多个研究报道所观察到的NC-NC外延附着和位错。
Isaiah Y. Chen, et al, The Role of Dimer Formation in the Nucleation of Superlattice Transformations and Its Impact on Disorder, ACS Nano, 2020
DOI：10.1021/acsnano.0c03800
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.0c03800
